LED電子顯示屏控制系統設計

李韜

摘 要：主要探討了LED顯示控制的系統設計，討論了單片機控制系統中的數據處理和發送問題。設計時選用了恰當的主控制器、列驅動和行掃描、同步時鐘輸出專用的電路，實現了顯示屏上的點陣滾動、切換和停止過程。

關鍵詞：LED顯示屏；控制系統；點陣模塊；PLD

中圖分類號：TP273+.5 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.18.073

20世紀80年代，LED顯示屏獲得了迅速發展，成為一種新型信息顯示媒體。LED顯示屏利用發光二極管組成點陣模塊，從而形成大面積的顯示屏幕。相比于傳統屏幕，其優點為可靠性較高、使用壽命較長、適應環境的能力較強、性價比較高等。隨著LED技術的不斷創新和單片機日益平民化，高清晰、高亮度的LED顯示屏廣告牌與傳統霓虹燈廣告牌的價格在不斷接近。

1 LED顯示屏

LED發光二極管是能將電能轉化為可見光的半導體固體器件。整個LED的核心是半導體晶體，每當電流經過導線作用于晶片時，就會將電子推到PN結構的P區與空穴復合，并按照光子形式散發能量，從而使整個LED被點亮。

LED顯示屏由半導體發光管構成整個點陣模塊，進而形成顯示屏幕，通過控制半導體發光管的亮滅可控制屏幕的顯示方式，主要根據圖形、文字、圖像、視頻和動畫的各種信息選擇發光二極管的亮滅，從而將各種信息顯示在屏幕上。LED顯示屏具有使用壽命長、發光效率高、靈活、方便等特點，在國內得到了廣泛推廣，目前，被廣泛應用于各大商場、酒店和大型劇場出、入口的標志牌中，同時，還被應用于各種室內和室外的顯示屏中。

2 顯示屏的設計方案

2.1 控制系統方案的選擇

LED點陣的電子顯示屏設計通常有2種方法：①用以可編程邏輯器件為核心的控制器生產LED的點陣行和列驅動信號。在整個系統中需要用到中、大規模的PLD，其開發周期較長、需要設計多個接口、成本較高、擴展困難。②用單片機系統實現整個控制系統的設計，傳統51系列的8位單片機資源豐富、處理數據的速度快，除了單片機的最小系統電路外，還有復位電路和電源電路等，且可靠性較高、體積較小。

對比上述2種方案后發現，在本次顯示屏設計方案的選擇中，應選擇第二種方法。

2.2 接口方式的選擇

通常情況下，行、列總線接在單片機I/0口上，可將掃描得到的代碼傳輸給總線，最終顯示漢字。在此案例中，一共需要用到16行和16列，如果將其全部接到單片機上，則需要有32條I/0接口，這樣可能會導致I/0資源耗盡、整個系統無法擴充。在實際應用過程中，可用譯碼器選擇行信號。每一個8×8的LED列信號有8條線接在譯碼器上，可用三極管驅動顯示。此方法能節省I/O接口，使電路簡單化，在實際過程中的應用非常廣泛。因8×128的點陣屏共有128個列信號端口，因此，在設計時會選擇利用譯碼器的方案。

3 系統設計

3.1 總體結構設計

整個系統結構制作目的為成本低、體積小、線路簡單和穩定性高。綜合考慮這些方面的因素后，得出了單片機控制點陣顯示的系統結構，如圖1所示。

圖1 系統總體框圖

3.2 設計硬件

3.2.1 LED主控芯片的選擇

第一代8位單片機系統的功能較差，比如Intel的一系列芯片實際上都是由8位通用的基本接口電路、單元格電路、中斷的控制系統和容量較小的存儲器組成，不具備串行的通信功能，管理能力和中斷控制能力均較差；相比第一代，第二代8位機的通用性較強，但不具備突出的個性，依然存在很多問題。

目前，最新的單片機功能齊全，片內的數據存儲容量較大，使用方便、靈活，且具有很強的電磁兼容性。因此，本設計中的硬件單片機的型號為AT89S52。

3.2.2 亮度可調節方案的選擇

對于LED顯示屏的亮度調節，可用軟件調節其刷新頻率。當刷新頻率較高時，連續點亮的時間較短，整個顯示屏的亮度較低；當刷新的頻率較低時，連續點亮的時間較長，顯示屏的亮度會提高。由此可見，可通過調節占空比來調整顯示屏的亮度。但在實際應用的過程中，因為對原件的調節無法做到連續變化，所以，無法連續調節亮度，會有閃爍情況的出現，且調節效果不明顯。此外，還可通過調整電位器來調節電壓，從而調節亮度。調整電位器時，相應的線性電壓也會得到調整，進而控制三極管，最終實現對整個屏幕亮度的連續調節。電位器的調節范圍較大，所以，一般情況下會選擇此方法調節屏幕亮度。

3.2.3 驅動芯片的選擇

通常情況下，如果不使用專用的LED控制芯片，則可使用通用芯片。此芯片有8位的鎖存、三態輸出等，且寄存器可移位，能借助此芯片的鎖存功能幫助硬件電路刷新數據。但在實際應用的過程中，會用到很多控制信號，且芯片的級聯比較困難。同時，因公司要對芯片提供足夠的內存，從而存儲數據緩沖時的顯示數據，所以，在實際應用時，可采用移位寄存器控制LED點陣顯示行列。

4 結論

硬件設計能保證點陣的正常工作，根據LED點陣的顯示原理可知，只要合理安排行選信號和列信號，就能在屏幕上顯示任何文字和圖形；軟件設計是指用特殊的方法調整漢字點陣數據，使其與LED點陣相符，最終將這些數據以控制信號的形式傳達給LED的點陣屏。